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揭开面纱 CPU是怎样炼成的?
作为计算机的核心组件,CPU(,中央处理器)在用户的心中一直是十分神秘的:
在多数用户的心目中,它都只是一个名词缩写,他们甚至连它的全写都拚不出来;
在一些硬件高手的眼里,CPU也至多是一块十余平方厘米,有很多脚的块块儿,而CPU的核心部分甚至只有不到一平方厘米大。
他们知道这块不到一平方厘米大的玩意儿是用多少微米工艺制成的,知道它集成了几亿几千万晶体管,但鲜有了解CPU的制造流程者。
今天,就让我们来详细的了解一下,CPU是怎样练成的。
基本材料多数人都知道,现代的CPU是使用硅材料制成的。
硅是一种非金属元素,从化学的角度来看,由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处,所以具有半导体的性质,适合于制造各种微小的晶体管,是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。
从某种意义上说,沙滩上的沙子的主要成分也是硅(二氧化硅),而生产CPU所使用的硅材料,实际上就是从沙子里面提取出来的。
当然,CPU的制造过程中还要使用到一些其它的材料,这也就是为什么我们不会看到Intel或者AMD只是把成吨的沙子拉往他们的制造厂。
同时,制造CPU对硅材料的纯度要求极高,虽然来源于廉价的沙子,但是由于材料提纯工艺的复杂,我们还是无法将一百克高纯硅和一吨沙子的价格相提并论。
制造CPU的另一种基本材料是金属。
金属被用于制造CPU内部连接各个元件的电路。
铝是常用的金属材料之一,因为它廉价,而且性能不差。
而现今主流的CPU大都使用了铜来代替铝,因为铝的电迁移性太大,已经无法满足当前飞速发展的CPU制造工艺的需要。
所谓电迁移,是指金属的个别原子在特定条件下(例如高电压)从原有的地方迁出。
很显然,如果不断有原子从连接元件的金属微电路上迁出,电路很快就会变得千疮百孔,直到断路。
这也就是为什么超频者尝试对NorthwoodPentium4的电压进行大幅度提升时,这块悲命的CPU经常在“突发性Northwood死亡综合症(,SNDS)”中休克甚至牺牲的原因。
SNDS使得Intel第一次将铜互连(CopperInterconnect)技术应用到CPU的生产工艺中。
铜互连技术能够明显的减少电迁移现象,同时还能比铝工艺制造的电路更小,这也是在纳米级制造工艺中不可忽视的一个问题。
不仅仅如此,铜比铝的电阻还要小得多。
种种优势让铜互连工艺迅速取代了铝的位置,成为CPU制造的主流之选。
除了硅和一定的金属材料之外,还有很多复杂的化学材料也参加了CPU的制造工作。
准备工作解决制造CPU的材料的问题之后,我们开始进入准备工作。
在准备工作的过程中,一些原料将要被加工,以便使其电气性能达到制造CPU的要求。
其一就是硅。
首先,它将被通过化学的方法提纯,纯到几乎没有任何杂质。
同时它还得被转化成硅晶体,从本质上和海滩上的沙子划清界限。
在这个过程中,原材料硅将被熔化,并放进一个巨大的石英熔炉。
这时向熔炉里放入一颗晶种,以便硅晶体围着这颗晶种生长,直到形成一个几近完美的单晶硅。
如果你在高中时把硫酸铜结晶实验做的很好,或者看到过单晶冰糖是怎么制造的,相信这个过程不难理解。
同时你需要理解的是,很多固体物质都具有晶体结构,例如食盐。
CPU制造过程中的硅也是这样。
小心而缓慢的搅拌硅的熔浆,硅晶体包围着晶种向同一个方向生长。
最终,一块硅锭产生了。
现在的硅锭的直径大都是200毫米,而CPU厂商正在准备制造300毫米直径的硅锭。
在确保质量不变的前提下制造更大的硅锭难度显然更大,但CPU厂商的投资解决了这个技术难题。
建造一个生产300毫米直径硅锭的制造厂大约需要35亿美元,Intel将用其产出的硅材料制造更加复杂的CPU。
而建造一个相似的生产200毫米直径硅锭的制造厂只要15亿美元。
作为第一个吃螃蟹的人,Intel显然需要付出更大的代价。
花两倍多的钱建造这样一个制造厂似乎很划不来,但从下文可以看出,这个投资是值得的。
硅锭的制造方法还有很多,上面介绍的只是其中一种,叫做CZ制造法。
硅锭造出来了,并被整型成一个完美的圆柱体,接下来将被切割成片状,称为晶圆。
晶圆才被真正用于CPU的制造。
一般来说,晶圆切得越薄,相同量的硅材料能够制造的CPU成品就越多。
接下来晶圆将被磨光,并被检查是否有变形或者其它问题。
在这里,质量检查直接决定着CPU的最终良品率,是极为重要的。
没有问题的晶圆将被掺入适当的其它材料,用以在上面制造出各种晶体管。
掺入的材料沉积在硅原子之间的缝隙中。
目前普遍使用的晶体管制造技术叫做CMOS(,互补式金属氧化物半导体)技术,相信这个词你经常见到。
简单的解释一下,CMOS中的C(Complementary)是指两种不同的MOS电路“N”电路和“P”电路之间的关系:
它们是互补的。
在电子学中,“N”和“P”分别是Negative和Positive的缩写,用于表示极性。
可以简单的这么理解,在“N”型的基片上可以安装“P”井制造“P”型的晶体管,而在“P”型基片上则可以安装“N”井制造“N”型晶体管。
在多数情况下,制造厂向晶圆里掺入相关材料以制造“P”基片,因为在“P”基片上能够制造出具有更优良的性能,并且能有效的节省空间的“N”型晶体管;
而这个过程中,制造厂会尽量避免产生“P”型晶体管。
接下来这块晶圆将被送入一个高温熔炉,当然这次我们不能再让它熔化了。
通过密切监控熔炉内的温度、压力和加热时间,晶圆的表面将被氧化成一层特定厚度的二氧化硅(SiO2),作为晶体管门电路的一部分—基片。
如果你学过逻辑电路之类的,你一定会很清楚门电路这个概念。
通过门电路,输入一定的电平将得到一定的输出电平,输出电平根据门电路的不同而有所差异。
电平的高低被形象的用0和1表示,这也就是计算机使用二进制的原因。
在Intel使用90纳米工艺制造的CPU中,这层门电路只有5个原子那么厚。
准备工作的最后一步是在晶圆上涂上一层光敏抗蚀膜,它具有光敏性,并且感光的部分能够被特定的化学物质清洗掉,以此与没有曝光的部分分离。
完成门电路这是CPU制造过程中最复杂的一个环节,这次使用到的是光微刻技术。
可以这么说,光微刻技术把对光的应用推向了极限。
CPU制造商将会把晶圆上覆盖的光敏抗蚀膜的特定区域曝光,并改变它们的化学性质。
而为了避免让不需要被曝光的区域也受到光的干扰,必须制作遮罩来遮蔽这些区域。
想必你已经在Photoshop之类的软件里面认识到了遮罩这个概念,在这里也大同小异。
在这里,即使使用波长很短的紫外光并使用很大的镜头,也就是说,进行最好的聚焦,遮罩的边缘依然会受到影响,可以简单的想象成边缘变模糊了。
请注意我们现在讨论的尺度,每一个遮罩都复杂到不可想象,如果要描述它,至少得用10GB的数据,而制造一块CPU,至少要用到20个这样的遮罩。
对于任意一个遮罩,请尝试想象一下北京市的地图,包括它的郊区;
然后将它缩小到一块一平方厘米的小纸片上。
最后,别忘了把每块地图都连接起来,当然,我说的不是用一条线连连那么简单。
当遮罩制作完成后,它们将被覆盖在晶圆上,短波长的光将透过这些石英遮罩的孔照在光敏抗蚀膜上,使之曝光。
接下来停止光照并移除遮罩,使用特定的化学溶液清洗掉被曝光的光敏抗蚀膜,以及在下面紧贴着抗蚀膜的一层硅。
当剩余的光敏抗蚀膜也被去除之后,晶圆上留下了起伏不平的二氧化硅山脉,当然你不可能看见它们。
接下来添加另一层二氧化硅,并加上了一层多晶硅,然后再覆盖一层光敏抗蚀膜。
多晶硅是上面提到的门电路的另一部分,而以前这是用金属制造而成的(即CMOS里的M:
Metal)。
光敏抗蚀膜再次被盖上决定这些多晶硅去留的遮罩,接受光的洗礼。
然后,曝光的硅将被原子轰击,以制造出N井或P井,结合上面制造的基片,门电路就完成了。
重复可能你会以为经过上面复杂的步骤,一块CPU就已经差不多制造完成了。
实际上,到这个时候,CPU的完成度还不到五分之一。
接下来的步骤与上面所说的一样复杂,那就是再次添加二氧化硅层,再次蚀刻,再次添加……重复多遍,形成一个3D的结构,这才是最终的CPU的核心。
每几层中间都要填上金属作为导体。
Intel的Pentium4处理器有7层,而AMD的Athlon64则达到了9层。
层数决定于设计时CPU的布局,以及通过的电流大小。
测试、测试和测试在经过几个星期的从最初的晶圆到一层层硅、金属和其它材料的CPU核心的制造过程之后,该是看看制造出来的这个怪物的时候了。
这一步将测试晶圆的电气性能,以检查是否出了什么差错,以及这些差错出现在哪个步骤(如果可能的话)。
接下来,晶圆上的每个CPU核心都将被分开(不是切开)测试。
通过测试的晶圆将被切分成若干单独的CPU核心,上面的测试里找到的无效的核心将被放在一边。
接下来核心将被封装,安装在基板上。
然后,多数主流的CPU将在核心上安装一块集成散热反变形片(,IHS)。
每块CPU将被进行完全测试,以检验其全部功能。
某些CPU能够在较高的频率下运行,所以被标上了较高的频率;
而有些CPU因为种种原因运行频率较低,所以被标上了较低的频率。
最后,个别CPU可能存在某些功能上的缺陷,如果问题出在缓存上(缓存占CPU核心面积的一半以上),制造商仍然可以屏蔽掉它的部分缓存,这意味着这块CPU依然能够出售,只是它可能是Celeron,可能是Sempron,或者是其它的了。
当CPU被放进包装盒之前,一般还要进行最后一次测试,以确保之前的工作准确无误。
根据前面确定的最高运行频率不同,它们被放进不同的包装,销往世界各地。
读完这些,相信你已经对CPU的制造流程有了一些比较深入的认识。
CPU的制造,可以说是集多方面尖端科学技术之大成,CPU本身也就那么点大,如果把里面的材料分开拿出来卖,恐怕卖不了几个钱。
然而CPU的制造成本是非常惊人的,从这里或许我们可以理解,为什么这东西卖这么贵了。
作为计算机的核心组件,CPU(Central Processor Unit,中央处理器)在用户的心中一直是十分神秘的:
在多数用户的心目中,它都只是一个名词缩写,他们甚至连它的全写都拚不出来;
在一些硬件高手的眼里,CPU也至多是一块十余平方厘米,有很多脚的块块儿,而CPU的核心部分甚至只有不到一平方厘米大。
他们知道这块不到一平方厘米大的玩意儿是用多少微米工艺制成的,知道它集成了几亿几千万晶体管,但鲜有了解CPU的制造流程者。
今天,就让我们来详细的了解一下,CPU是怎样练成的。
基本材料 多数人都知道,现代的CPU是使用硅材料制成的。
硅是一种非金属元素,从化学的角度来看,由于它处于元素周期表中金属元素区与非金属元素区的交界处,所以具有半导体的性质,适合于制造各种微小的晶体管,是目前最适宜于制造现代大规模集成电路的材料之一。
从某种意义上说,沙滩上的沙子的主要成分也是硅(二氧化硅),而生产CPU所使用的硅材料,实际上就是从沙子里面提取出来的。
当然,CPU的制造过程中还要使用到一些其它的材料,这也就是为什么我们不会看到Intel或者AMD只是把成吨的沙子拉往他们的制造厂。
同时,制造CPU对硅材料的纯度要求极高,虽然来源于廉价的沙子,但是由于材料提纯工艺的复杂,我们还是无法将一百克高纯硅和一吨沙子的价格相提并论。
制造CPU的另一种基本材料是金属。
金属被用于制造CPU内部连接各个元件的电路。
铝是常用的金属材料之一,因为它廉价,而且性能不差。
而现今主流的CPU大都使用了铜来代替铝,因为铝的电迁移性太大,已经无法满足当前飞速发展的CPU制造工艺的需要。
所谓电迁移,是指金属的个别原子在特定条件下(例如高电压)从原有的地方迁出。
很显然,如果不断有原子从连接元件的金属微电路上迁出,电路很快就会变得千疮百孔,直到断路。
这也就是为什么超频者尝试对Northwood Pentium 4的电压进行大幅度提升时,这块悲命的CPU经常在“突发性Northwood死亡综合症(Sudden Northwood Death Syndrome,SNDS)”中休克甚至牺牲的原因。
SNDS使得Intel第一次将铜互连(Copper Interconnect)技术应用到CPU的生产工艺中。
铜互连技术能够明显的减少电迁移现象,同时还能比铝工艺制造的电路更小,这也是在纳米级制造工艺中不可忽视的一个问题。
不仅仅如此,铜比铝的电阻还要小得多。
种种优势让铜互连工艺迅速取代了铝的位置,成为CPU制造的主流之选。
除了硅和一定的金属材料之外,还有很多复杂的化学材料也参加了CPU的制造工作。
准备工作 解决制造CPU的材料的问题之后,我们开始进入准备工作。
在准备工作的过程中,一些原料将要被加工,以便使其电气性能达到制造CPU的要求。
其一就是硅。
首先,它将被通过化学的方法提纯,纯到几乎没有任何杂质。
同时它还得被转化成硅晶体,从本质上和海滩上的沙子划清界限。
在这个过程中,原材料硅将被熔化,并放进一个巨大的石英熔炉。
这时向熔炉里放入一颗晶种,以便硅晶体围着这颗晶种生长,直到形成一个几近完美的单晶硅。
如果你在高中时把硫酸铜结晶实验做的很好,或者看到过单晶冰糖是怎么制造的,相信这个过程不难理解。
同时你需要理解的是,很多固体物质都具有晶体结构,例如食盐。
CPU制造过程中的硅也是这样。
小心而缓慢的搅拌硅的熔浆,硅晶体包围着晶种向同一个方向生长。
最终,一块硅锭产生了。
现在的硅锭的直径大都是200毫米,而CPU厂商正在准备制造300毫米直径的硅锭。
在确保质量不变的前提下制造更大的硅锭难度显然更大,但CPU厂商的投资解决了这个技术难题。
建造一个生产300毫米直径硅锭的制造厂大约需要35亿美元,Intel将用其产出的硅材料制造更加复杂的CPU。
而建造一个相似的生产200毫米直径硅锭的制造厂只要15亿美元。
作为第一个吃螃蟹的人,Intel显然需要付出更大的代价。
花两倍多的钱建造这样一个制造厂似乎很划不来,但从下文可以看出,这个投资是值得的。
硅锭的制造方法还有很多,上面介绍的只是其中一种,叫做CZ制造法。
硅锭造出来了,并被整型成一个完美的圆柱体,接下来将被切割成片状,称为晶圆。
晶圆才被真正用于CPU的制造。
一般来说,晶圆切得越薄,相同量的硅材料能够制造的CPU成品就越多。
接下来晶圆将被磨光,并被检查是否有变形或者其它问题。
在这里,质量检查直接决定着CPU的最终良品率,是极为重要的。
不知道啊,留个名,以便日后查阅

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其它回答
柠檬树@

楼主,CPU温度过高,当时会影响游戏速度!或者出现死机,花屏的可能,时间长,也容易损坏CPU。
我们人高烧,都有事,电脑也是一样的啦:) 不知道楼主你的电脑是台式机还是笔记本?你说的过高,是多少度,还有,有时候,这些软件监测,是不准确的,有时候,个别主板上看到的信息,也是出错的,要是电脑没什么异常,你也检查过了,散热器没什么问题,运转也正常,可以不用太在意。
你可以换个软件看看温度。
台式机的话: 1)检查散热器是不是有松动,INTEL部分低端散热器,说的不是原装的,很多有塑料插销的那种,插销容易断裂,我就遇到过几次,这样散热器和CPU之间,有缝隙,CPU严重过热! 2)时间太长了,可以把散热器拆下,清理散热器上的灰尘,用毛刷镊子之类的,也没必要拿去清洗的,安装的时候,重新涂好新的硅胶; 3)散热器风扇要是噪音过大,可以考虑拆开贴纸,加点油,最好是缝纫机油,不要加花生油啊:) 4)风扇叶片有没有损伤,造成噪音过大,运转不平衡,散热器连带着,时间长了,也有松动的可能; 5)散热器风扇,有没有其他线材碰到,阻挡了,转速过低。
6)要是散热器不怎么好,可以考虑换新的散热器,老配置,估计也是一般的,几十块钱的就好了,没必要跟楼上说的那样,上水冷散热,不是超过8000的主机,谈什么上水冷嘛,没必要,贵! 要是上面说的都正常,温度确实高了 ,而且是机箱内的温度都偏高 ,那就把机箱散热风道加强,增加一个抽风风扇在机箱后,都有预留安装位的,在机箱上。
要是笔记本,CPU过热,就要注意你的使用环境,天气冷了,不要直接把笔记本电脑放在膝盖上,或者床上的被窝上使用,大部分笔记本的进风口在底部,阻挡了冷空气进入,笔记本散热不良。
或者就是时间长了,笔记本散热器内灰尘过多,这个清理,一般我们能做的也就是简单拿吹风球强力吹风一下,要更换或者清理,需要维修人员处理了,不过,基本上,使用环境没有什么油烟多的情况下,笔记本散热器,也不会那么脏的。

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愁嫁@

应该是CPU散热不良导致温度过高而引发的自动关机,具体表现为玩游戏,看电影等CPU占用率高的操作时,10~20分钟左右电脑无任何预兆自动断电。
甚至重装系统的时候也会自动关掉。
重新开机往往也自动关闭,需要等一会再开才能正常进入系统。
而不运行高占用率的程序的时候,运行多久也没问题,所以拿去维修往往说没有问题。
因为维修的人通常都是直接开着机,然后一边干其他事情一边瞄几眼…… 更换硅脂清理灰尘无效,请看方法三: 解决方法: 1首先,关机,取下CPU散热片,拆下散热片上面的风扇,清理干净灰尘,拨动一下风扇叶,看看是否转动流畅,如果转动困难,揭开风扇背面标签可以看到轴承,滴加少量润滑油再贴好。
2去修电脑的地方要一些硅脂(就是白白稠稠的,像牙膏那样的东西)。
将散热片和CPU上面的旧硅脂用纸巾擦干净,均匀涂上新硅脂,不要涂太厚,重新安装好散热片和风扇。
问题一般就能解决。
如果自己动手能力不足,可以直接拿机去修电脑的地方让他用风枪帮你吹干净机箱里面的灰尘,再让他帮你换硅脂。
3如果更换硅脂和除尘后问题有所缓解,但是偶尔还会出现自动关机的话。
那么你是遇到和我一样的问题:CPU散热片过紧或过松,或者受力不均匀。
将机箱横放,开机进入BIOS观察温度,如果温度超过70,那么解开CPU卡扣观察,如果温度正常,就是散热片安装过紧,造成不能和CPU充分接触。
如果松开卡扣反而更加严重,那么是散热片过松。
过紧的话 用螺丝刀将主板上面的散热片底座螺丝松一松,必要时可以在底部用纸片垫高少许。
不过要注意四个螺丝都要拧,否则会造成散热片安装不平。
也可以用钳子调整一下卡扣,降低其咬合力 过松则多半是卡扣的关系,用钳子调整一下卡扣使其扣合紧密就行了。

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三味钱

问题:CPU的制作过程和原理
cpu是一种高集成化的电子产品,主要原材是半导体硅,其内部由数亿甚至数十亿晶体管构成,这些晶体管又由硅锭切割而成,其晶体管体积只有几纳米或几十纳米,所以我们常看到处理器包装上的标有45纳米或65纳米实际就是它的晶体管大小,数值越低功耗越低。
cpu制作是一项非常高精度的工艺,必须借助机械来完成,被切割出来的晶体管会被机械像印刷一样印在cpu基座上,每张印刷好的基座会通过检查排除不良品以及检验产品的最大效率值,然后加上外壳接口就成了我们常见的处理器产品,当然为了稳定起见,厂商通常会将其降低部分频率然后打上型号出售,所以我们买到的处理器在频率缓存上都有差别,其实就是由这个cpu的体质所决定,当然这也是cpu为什么可以超频的前提。
《纯手打,希望可以帮到你》cpu不一定是电脑,中央处理器,普通计时器也是,小小的单片机也是吧。
Lz想做CPU啊,,再学几年去 CPU不是儿童玩具随便做的了了好像听说是,沙子变黄金原理

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制冷少年。

夏天,的确很多机器都出现过热情况。
其实降温没那复杂,我的CPU本来最高温有达到90多度,玩游戏时,待机也有51,2度这是我现在的温度,我清理了机箱灰尘,还换了个风扇1,CPU不要超频,显卡也不要,超频会严重加大机器发热量 2,清理机箱灰尘,灰尘多了会引起散热不良。
CPU风扇,主板,显卡的灰尘都得清理。
(灰尘影响很大) 3,有必要可以把机箱的侧盖打开,这样散热效果很好。
(有电风扇吹更好,呵)(保持房间通风,或开空调)4,   CPU风扇与CPU接触的硅胶可能硬化,导致散热不良。
 5,现在的CPU原装风扇质量都不行,虽然CPU是进口的,但风扇却是国内加工后加上去的,质量不佳,夏天很多都扛不住高温。
建议若有问题的话换个50元左右或以上的好CPU品牌风扇,也不贵。
 我就是如此,我的是AMD4600+,之后机箱,CPU的最高温度降了20多度。
也没有再出现蓝屏死机现象。

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来我长街

买记忆个晶体管 然后自己一个一个的焊接 当然是在偷了intel或者amdcpu设计图纸的情况下 不过个头估计要比intel和amd的大得多也就几个足球场那么大 当然电源要够 最好有个电厂专门为你发电 估计还是能造出来的世界上只有1个手工制作出CPU的那就是Bill Buzbee你可以前 看看有介绍PS:
我也在考虑自己制作个不是吧 你的理想那么的伟大真想不到世界上还有这样想的强人,我一个从事电脑的人还从没想到过要手工制作CPU,好好干,等成功了我头个用太牛了

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爱意藏晚安

CPU使用率过高总是有原因的,不会无缘无故过高,我看很有可能是你的机器内部元件有问题,下个“鲁大师”,察看一下什么原因,然后对症下药!
该换散热器就换散热器,该清理就清理!
到任务管理器上看下进程,是哪个进程在占资源,搞清楚是啥进程后卸掉那个软件就完事了。
不过我觉得有可能是CPU温度过高,要清理CPU风扇灰尘了啊

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余生我是路过

是高了,这个就要拆开清理了,风扇轴清洗加油等,还有散热片和风扇灰尘清理 还要检查散热片和芯片是不是接触好等。
都是可以解决的。
在线解答 故障问题。

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等你回答

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